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| 실험 장소 | 네바다 핵실험장 · 비키니 섬 · 에니위턱 환초 |
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1. 개요
브라보(Bravo) 실험은 미국 최초의 건식수소폭탄 실험 작전인 캐슬 작전(Operation Castle)의 첫번째 실험이다. 작전명과 합쳐 캐슬 브라보(Castle Bravo)로도 불린다.1954년 3월 1일에 비키니 섬, 마셜 제도에서 첫 실험이 진행됐다. 브라보는 건식 수소폭탄의 첫 실험이면서도 어째서인지 미국에서 터뜨린 핵폭탄 중 가장 강력한 위력을 가졌다. 전세계에서 가장 강력했던 차르 봄바의 30% 수준. 위력은 약 TNT 15메가톤급이었는데, 실험 전 미국의 예상이었던 4~8메가톤(6Mt쯤으로 예상)을 훨씬 뛰어넘는 위력이었다. 결국 다른 요인과 겹쳐, 미국이 일으킨 최악의 방사능 참사 중 하나가 되고 말았다.
2. 폭발력 예측에 실패한 이유
건식 수소폭탄에는 중성자에 맞아서 핵융합 연료인 트리튬(삼중수소)을 발생시켜줄 리튬이 듀테륨(중수소)와 결합하여 탑재된다. 문제는, 리튬이 중성자와 반응해서 트리튬을 발생하는 반응은 리튬의 소수 동위원소인 리튬6[3]에서만 일어난다고 생각되었다. 더 일반적인 상태의 리튬이자 동위원소인 리튬7[4]은 중성자와 반응하여 방사성 리튬8[5]을 생성할 뿐이었다. 그러므로 수소폭탄에 들어가는 리튬은 폭발력을 높이기 위해 리튬6을 농축시켜 투입한것만이 초기의 견해였다.일단 브라보 실험의 Shrimp에는 약 40%로 농축된 리튬6이 들어갔다.[6] 상기한 리튬6만의 핵융합 반응만 고려, 이를 바탕으로 폭발력이 6메가톤일 것이라는 예상이 나온 것이다.
그런데 실제로 장치를 기폭시키자 예상치 못한 현상이 발생했다. 핵융합에서 나오는 고에너지 중성자는 다른 안정된 형태의 리튬 동위원소인 리튬7(약 60%)에 흡수된 후, 원자핵이 쪼개져서 만들어진 추가적인 트리튬과 알파입자, 그리고 또다른 고에너지 중성자가 생겨버린 - 그 전까지 미처 알려져 있지 않았던 핵반응을 일으킨 것이다.
리튬7과 고속중성자간의 반응은 2.466 MeV의 에너지를 흡수하는 흡열반응(endotheric reaction) 이지만,[7] 아무 반응이 없었을 것이라고 생각한 60%의 리튬7도 핵반응에 참가하여, 전체 폭발력을 예상 외로 크게 향상시켜버렸다.
리튬7의 반응 참가는 두 가지 방향으로 폭발력 향상에 기여했는데,
1) 핵융합 반응에 쓰일 트리튬을 예상보다 더 많이 만들었고,
2) 고에너지 중성자를 그냥 먹어버릴 거라고 예상했던 리튬7이 핵반응하면서 다시 중성자를 왕창 내놓는 바람에, 핵융합 연료 외피를 감싼 천연우라늄 탬퍼의 우라늄238이 더 많이 핵분열을 일으켰고, 이는 리튬7의 흡열반응에서 소모된 에너지를 상쇄하고도 남는 양이였다. 참고로 우라늄238은 보통의 중성자와 반응해서 핵분열을 일으키지 않지만, 핵융합 반응에서나 나올법한 초고에너지 중성자는 우라늄238 원자핵도 쪼개버릴 수 있다.[8]
특히 2)번은 폭발력만을 높인 것이 아니라, 고방사성 낙진의 주 구성 요소인 방사성 핵분열 생성물을 더 많이 만들어내는 효과가 있었다.
3. 방사성 낙진 유출
위력의 계산 실패와 날씨의 예측에도 실패하여 폭발로 인한 낙진은 비밀이었던 실험의 의도와 달리 론게랍 섬과 우틱 제도의 거주지에도 떨어지고, 그 뒤 전세계로 퍼졌다. 섬에 살던 주민들은 3일 안에 방사능 피폭 증세를 보였고, 결국 섬을 강제적으로 떠나야 했다. 3년 후에야 돌아왔는데도 여전히 방사능이 남아있어서 다시 섬을 떠나야 했다.게다가 일본의 어선 제5 후쿠류마루도 마침 방사능의 영향권 안에 들어서 승무원들이 방사능에 노출됐다. 참고로 이 배의 승무원들은 폭심지로부터 150km 이상 떨어져 있었는데, 낙진을 맞아 피폭되고 말았다. 아래 '그 외' 문단 참조. 결국 전세계적으로 수소폭탄 실험으로 인한 환경파괴에 대한 연구가 시작됐으며, 버드런트 러셀과 알베르트 아인슈타인 등이 반핵운동에 전면적으로 나서게 된다.
4. 탄두
4.1. 제원
- 종류: 에드워드 텔러-울람 디자인 수소폭탄
- 제작일: 1954년 2월 24일
- 생산: 로스 앨러모스 국립 연구소
- 무게: 10.7t
- 길이: 4.6m
- 직경: 1.4m
- 위력: TNT 15메가톤(63PJ)
5. 그 외
상술한 바와 같이 일본 어선 제5 후쿠류마류 호가 이 핵실험으로 인한 낙진을 뒤집어썼다. 일본이 히로시마·나가사키 원자폭탄 투하를 맞은 경험은 있었지만 일본 열도에 사는 일본인 전체가 핵 피해에 지식이 있었던 것은 아니었기 때문에 선상 노동자들은 하늘에서 뭔가 재 같은 게 떨어지는 게 신기해서 그걸 손으로 받고 있었다고 한다(...) 결국 선원들은 귀국 후 피폭증상을 보여 입원했고, 이 배에 싣고 있던 다랑어들은 죄다 방사능을 띠고 있어서 매몰처분했다.방사능 피해를 입고 사망자까지 나온 것에 일본 사회는 충격을 받았는데 얄궃게도 이 사건은 일본이 2차대전 이후 핵 공포증이 확산되는 기폭제가 되었다. 나중에 조사를 해 보니 실제로는 후쿠류마루의 사망자는 방사능에 의한 사망이 아니었지만 어쨌든 일본 정부와 매스컴은 이 사건을 크게 조명했다. 도쿄도 스기나미구의 주부들이 서명 운동을 벌이는 것을 시작으로 비키니 근해에서 잡은 참치들을 죄다 매몰 처분하는 등 1954년 내내 일본 사회를 들쑤셔놨다.
이 사건을 계기로 서구 사회에서 반핵운동이 불붙으면서 버트런드 러셀, 알베르트 아인슈타인 등의 석학이 반핵운동에 참여하게 된다. 2차대전 이후 70년대 베트남 전쟁까지 이어지던 당시 선진국의 전쟁에 대한 염증과 냉전시대 핵에 대한 공포의 연장선상에서 반핵 평화운동은 필연적인 것이었지만, 일본은 이 기조에 편승하며 일본의 우경화를 추진하는 악영향을 끼치기도 하였다.
맨해튼 프로젝트를 지휘했던 줄리어스 로버트 오펜하이머는 이 당시 공산주의자란 의심을 받고 보안 접근 권한을 박탈당해서 이에 대한 정보를 얻지 못했었다. 그래서 동료 과학자에게 숫자 하나만이라도 알려달라고 부탁했는데 '15'[9]라는 대답을 받았다고.
6. 매체
이 충격이 고지라 시리즈에 큰 영향을 주었다. 1954년판에서는 이 폭탄을 이용한 비키니섬 핵실험이 고지라를 탄생시키는 원인이 되었고[10], 2014년 최신작인 레전더리 고지라 시리즈 초대작에서는 설정이 조금 바뀌어서 이 폭탄이 고지라를 죽이기 위한 수많은 시도 중 첫 번째라고 설정했다. 그외에 고질라: 킹 오브 몬스터에서 등장한 모나크의 새로운 본거지인 해저기지 이름이 캐슬 브라보.메탈기어 솔리드 3에서 스네이크가 패러메딕과 교신하던 도중 패러매딕이 피폭자였냐고 묻는 장면에서 비키니섬의 브라보 샷을 말하며 이 실험에 참여했다고 언급된다. 스네이크 역시 피폭되는 바람에 불임이 되었다.
7. 관련 문서
- 차르 봄바
- Mk.17 / Mk.24 - 미국 최초의 실전 배치용 수소폭탄. 크기만 놓고 보면 사실상 미국판 차르 봄바라고 할 수 있다.
- B41 - 인류 역사상 두번째로 강력한 무기이자[11] 인류 역사상 두번째로 강력한 수소폭탄으로 미국이 보유했던 가장 강력한 무기.
[1] 브라보의 핵장치 "Shrimp".[2] 브라보의 폭발이 일으킨 버섯구름.[3] 양성자3+중성자3, 존재비 4.85%[4] 존재비 95.15%[5] 반감기 : 8.387(3) 10-1s[6] 천연 상태 경우 리튬6의 비율은 3 ~ 7.5%가 들어있다.[7] Li-7 + n -> T + He-4 + n - 2.466 MeV (에너지의 부호가 - 인것에 주목)[8] 실용 3F 수소폭탄에서 위력의 상당 부분은 이 우라늄 238 탬퍼 외피에서 나온다. 예를들어 1953년 소련 최초의 건식수소탄인 RDS-6s 혹은 Joe-4는 기폭탄에서 10%, 핵융합 15~20%, 238 핵분열에서 70~75%의 에너지 비율을 보였다. 출처.[9] 위력의 수치인 15메가톤을 단순히 숫자로 줄여서 말한 것이다.[10] 정확히는 쇼와 시리즈 기준으로 저 핵실험 때문에 탄생한 것이 아니라, 원래 심해 지역에 살던 고지라가 이 핵실험 때문에 서식지가 망가지자 육상으로 튀어나온 것이다.[11] 다만 무게 대 위력으로는 가장 강력하다.